DE241440C

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Publication number: DE241440C
Application number: DENDAT241440D
Authority: DE

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 e. GRUPPE

SIEMENS & HALSKE AKT-GES. in BERLIN.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 19. März 1911 ab.

In Wechselstromkreisen, in welchen der Wechselspannung eine Gleichspannung überlagert ist, wie dies z. B. im Stromkreise von Lichtbogenöfen der Fall ist, können zum Zwecke der Spannungsmessung und Leistungsmessung Spannungstransformatoren nicht ohne weiteres verwendet werden; denn in solch einem Falle findet in der Primärspule des Spannungstransformators eine Überlagerung eines

ίο Wechselstromes und eines von der Gleichspannungskomponente der Wechselspannung herrührenden Gleichstromes statt. Der resultierende Primärstrom des Spannungstransformators wird daher ein Wellenstrom sein, d. h. sein zeitlicher Verlauf wird durch eine in bezug auf die Zeitachse unsymmetrische Kurve dargestellt. Die Folge hiervon ist, daß die magnetische Induktion im Eisen nicht mehr eine zwischen einem positiven Maximum und einem gleich großen negativen Maximum· wechselnde Größe ist, sondern in ihrem zeitlichen Verlauf ebenfalls durch eine in bezug auf die Zeitachse unsymmetrisch verlaufende Kurve gekennzeichnet sein wird. Sie wird also je nach der relativen Größe des sich dem Wechselstrom überlagernden Gleichstromes entweder zwischen einem positiven Maximum und einem negativen Maximum kleineren Betrages oder zwischen einem Maximum und einem Minimum variieren.

Würde der Spannungstransformator eisenfrei sein, so würde die Größe der Gleichstromkomponente des Primärstromes in bezug auf die entstehende Sekundärspannung ohne jeglichen 35

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Einfluß sein, und man würde als Sekundärspannüng eine reine Wechselspannung gewinnen, die ein getreues Abbild von der Wechselspannungskomponente der .Primärspannung darstellen würde. Dies gilt jedoch nicht mehr in bezug auf einen Transformator mit Eisenkern. Denn infolge des hysteretischen Einflusses des Eisens wird sowohl die algebraische Differenz der Grenzwerte der magnetischen Induktion im Eisen wie auch die Kurvenform von denjenigen verschieden geraten, welche bei alleinigem Vorhandensein der Wechselstromkomponente des Primärstromes. resultieren würden. Die Folge davon ist also, daß die Sekundärspannung des Transformators mit Eisenkern sowohl der Größe wie dem zeitlichen Verlaufe nach von derj enigen Wechselspannung verschieden geraten wird, welche bei alleinigem Vorhandensein der Wechselspannungskomponente der Primärspannung resultieren würde.

Wie aus obigem hervorgeht, kann also ein Spannungstransformator selbst dann, wenn er eisenfrei wäre, zur Messung von Wellenspannungen, d. h. von Wechselspannungen, welche eine Gleichspannungskomponente enthalten, nicht, verwendet werden, denn aus der Sekundärspannung scheidet die Gleichspannung vollkommen aus.

Dieses Bedenken fällt beim eisenfreien Spannungstransformator in bezug auf die Leistungsbzw. Energiemessung weg, wenn man die der Wechselspannungskomponente und die der Gleichspannungskomponente entsprechenden

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Leistungen getrennt zu ermitteln sucht. So kann die von der Wechselstromkomponente des Hauptstromes hervorgebrachte Leistung mit einem Wattmeter gemessen werden, dessen Stromspule in den Hauptstromkreis geschaltet ist und dessen Spannungsspule an die Sekundärklemme des eisenfreien Transformators angeschlossen ist, während die der Gleichstromkomponente des Hauptstromes entsprechende

ίο Leistung aus den Angaben eines in den Hauptstromkreis eingeschalteten polarisierten Strommessers für Gleichstrom und denjenigen eines zwischen die Netzleitungen geschalteten polarisierten Spannungsmessers für Gleichstrom ermittelt werden kann.

Hiergegen läßt sich selbst die Ermittlung der von der Wechselstromkomponente des Hauptstromes erzeugten Leistung bei Verwendung eines Spannungstransformators mit Eisenkern nicht

ao exakt durchführen, denn wie oben erörtert worden ist, weicht die Sekundärspannung eines solchen Spannungstransformators von derjenigen ideellen Wechselspannung ab, die man bei Nichtvorhandensein der Gleichspannungskomponente in der Primärspannung gewönne.

Die unsymmetrische Magnetisierung des

' Eisens, die, wie oben erwähnt, zwischen einem sehr großen Werte und einem relativ kleinen Werte der magnetischen Induktion statthat, ist des weiteren die Ursache für eine übermäßig große Erwärmung des Transformatoreisens. Denn, ist der in der Primärwicklung dem Wechselstrom sich überlagernde Gleichstrom beträchtlich, so ist es sehr leicht möglich, daß die magnetische Induktion Beträge von der Größenordnung von 20 000 Linien pro Quadratzentimeter annimmt, in welchem Falle die Hysteresisverluste so groß geraten, daß das Transformatoreisen ganz unzulässig hohe Temperaturen annimmt. Eine unzulässig starke Erwärmung kann außerdem noch in der Primärwicklung des Transformators selbst statthaben, zumal der durch den resultierenden Wellenstrom erzeugte Joulesche Effekt erheblich größer ausfallen kann wie der von der Wechselstromkomponente des Primärstromes allein herrührende.

Der Zweck der Erfindung besteht nun darin, eine Methode zu finden, um normale Spannungstransformatoren zum Zwecke der genauen Leistungs- bzw. Energiemessung von Wellenströmen zu verwenden, wobei als Voraussetzung gilt, daß der an den Spannungstransformator anzuschließende Leistungs- bzw. Energiemesser lediglich die von der Wechsel-Stromkomponente des Wellenstromes herrührende Leistung bzw. Energie mißt, während die von seiner Gleichstromkomponente herrührende Leistung bzw. Energie in der. oben bezeichneten Weise durch Meßgeräte für Gleichstrom gesondert ermittelt wird.

Dieser Zweck wird durch die Erfindung dadurch erreicht, daß man gemäß der in der Zeichnung dargestellten Schaltung der Primärspule P des Spannungstransformators T für einen Leistungsmesser L einen Kondensator C vorschaltet. Da nun letzterer dem Gleichstrom einen unendlich großen Widerstand entgegensetzt, so wird dadurch die Gleichstromkomponente des Primärstromes vollkommen unterdrückt, und es,wird vom Transformator T bloß ein reiner Wechselstrom aufgenommen.

Ein einwandfreies Meßergebnis läßt sich jedoch nach dieser Schaltungsmethode nur unter der Bedingung erzielen, wenn die Spannung an den Primärklemmen des Spannungstransformators sowohl der Größe wie der Phase nach von der Wechselspannungskomoponente der Primärspannung möglichst wenig verschieden ist. Dies gilt nur für den Fall, wenn der kapazitive Widerstand des Kondensators sowohl gegenüber dem induktiven . Widerstände wie auch dem Ohmschen Widerstände der Primärspule des Spannungstransformators vernachlässigbar klein ist, d.h. wenn ein Kondensator relativ großer Kapazität verwendet wird.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß sich auf diesem einfachen Wege eine für die Praxis vollkommen hinreichende Genauigkeit der Leistungs- bzw. Energiemessung erzielen läßt.

Die von der Gleichstromkomponente des Hauptstromes erzeugte Leistung bzw. Energie muß, wie schon oben erwähnt, durch getrennte Meßgeräte V und A für Gleichstrom ermittelt werden.

Claims

Patent-Anspruch:

Schaltungsweise zur Messung der Wechselstromspannung und -leistung mittels Spannungstransformatoren in Wechselstromkreisen, in welchen der Wechselspannung eine Gleichspannung überlagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärspule des Spannungstransformatörs eine Kapazität vorgeschaltet wird, zu dem Zwecke, die Entstellung eines Gleichstromes in der Primärspule des Spannungstransformatörs zu unterdrücken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.